Strategie di rilevamento della temperatura per applicazioni con riscaldatori a cartuccia quadrata da 6x6 mm

Un ingegnere di processo esamina i dati di temperatura di uno stampo vitale e vede che le temperature registrate sono molto diverse dalla qualità effettiva delle parti realizzate. Il controller mostra che le temperature sono stabili, ma le parti di varie cavità mostrano che le dimensioni stanno cambiando, il che significa che le temperature stanno cambiando. Il problema non riguarda i riscaldatori o il controller, ma il modo in cui viene misurata la temperatura. I sensori non ci danno le informazioni giuste sulle temperature che incidono realmente sulla qualità dei pezzi. Questo esempio mostra un problema fondamentale nella progettazione dei sistemi termici: trovare la temperatura corretta nel posto giusto.

Quando si tratta di applicazioni con riscaldatori a cartuccia quadrata da 6x6 mm, scegliere il giusto tipo di sensore, dove posizionarlo e come integrarlo può avere un grande impatto sulla precisione del controllo e sulla coerenza del processo. Le termocoppie e i rilevatori di temperatura a resistenza sono due dei tipi di sensori più diffusi. Le termocoppie sono il tipo più comune di dispositivo di riscaldamento utilizzato nelle fabbriche perché reagiscono rapidamente, possono gestire temperature elevate e non sono troppo costose. Le termocoppie di tipo J e di tipo K sono in grado di gestire gli intervalli di temperatura richiesti dalla maggior parte delle applicazioni di riscaldamento da 6x6 mm. Il tipo K ha una portata più ampia, mentre il tipo J è un po' più preciso a temperature più basse.


Il sistema di controllo controlla semplicemente la temperatura a cui è impostato il sensore. Una termocoppia posizionata nel pezzo vicino al riscaldatore reagisce principalmente all'attività del riscaldatore, ma non fornisce molte informazioni sulla temperatura che influenza il processo. Una termocoppia all'interno del riscaldatore reagisce immediatamente ai cambiamenti nel riscaldatore, ma potrebbe non mostrare la temperatura reale di funzionamento. L'approccio migliore per stabilire qual è la temperatura del processo è posizionare una termocoppia nel pezzo lontano dai riscaldatori. Tuttavia, è necessario molto tempo affinché la termocoppia cambi quando cambiano i riscaldatori. Il miglior posizionamento trova un equilibrio tra questi criteri per il lavoro da svolgere.

Per i riscaldatori a cartuccia quadrata da 6x6 mm, le dimensioni ridotte degli strumenti in genere rendono difficile trovare una posizione per i sensori. Potrebbe non esserci spazio sufficiente per i singoli fori dei sensori senza indebolire lo strumento o intralciare altre parti. In queste situazioni, posizionare la termocoppia all'interno del riscaldatore stesso è un modo intelligente per risolvere il problema. I riscaldatori con termocoppie integrate hanno un sensore integrato nella guaina del riscaldatore, solitamente sulla punta o lungo la lunghezza da riscaldare. Questa disposizione fornisce un feedback sulla temperatura esattamente nel punto in cui avviene il riscaldamento, senza utilizzare spazio aggiuntivo nello strumento affollato.

È inoltre possibile scegliere tra configurazioni di termocoppia con e senza messa a terra. La giunzione del sensore di una termocoppia messa a terra è in contatto elettrico con la guaina del riscaldatore. La giunzione è direttamente esposta alla temperatura della guaina, motivo per cui rispondono così rapidamente. Ma potrebbero captare rumore elettrico proveniente dall'alimentazione del riscaldatore, il che può rendere instabili i controlli. Quando le termocoppie non sono messe a terra, la giunzione del sensore non è collegata alla guaina. Rispondono un po' più lentamente, ma inviano segnali più chiari che funzionano meglio con controller sensibili. Per la maggior parte degli usi di riscaldamento da 6x6 mm, i sensori senza messa a terra sono la scelta migliore perché sono affidabili e funzionano bene.

Più posizioni dei sensori forniscono informazioni che un singolo sensore non può fornire. Se uno strumento ha più di una zona di riscaldamento, ciascuna zona dovrebbe avere il proprio sensore che invia informazioni al controller per quella zona. In situazioni importanti, avere due sensori in ciascuna zona-uno per il controllo e uno per la verifica-consente al sistema di controllo di individuare i problemi dei sensori prima che influenzino la produzione. Alcuni sistemi utilizzano il secondo sensore per difendersi dalle alte temperature spegnendo il riscaldatore se la temperatura supera i livelli di sicurezza, indipendentemente da ciò che dice il sensore di controllo.

Molte persone non si rendono conto di quanto sia importante calibrare i sensori. Le termocoppie sono precise solo entro un certo intervallo, solitamente qualche grado sopra o sotto. Se è necessario regolare la temperatura in modo molto preciso, la calibrazione dei sensori rispetto a uno standard riconosciuto garantisce che la temperatura visualizzata sia la stessa della temperatura reale. È necessario controllare questa calibrazione di tanto in tanto perché le termocoppie possono derivare nel tempo, soprattutto quando vengono utilizzate vicino ai limiti di temperatura massima.

Il modo in cui il sensore e il controller sono collegati influisce sulla precisione delle misurazioni. I segnali della termocoppia vengono misurati in millivolt, pertanto qualsiasi resistenza nella linea di collegamento può causare errori. L'uso del cavo di prolunga della termocoppia corretto, e non del normale filo di rame, mantiene il segnale forte. La pulizia e il serraggio dei collegamenti evitano cadute di tensione che altrimenti causerebbero imprecisioni nella misurazione. L'utilizzo di connettori realizzati con materiali di qualità termocoppia-per attività importanti garantisce che la connessione stessa non causi problemi.

Sapere cosa significa realmente la misurazione della temperatura impedisce alle persone di sbagliarsi. Una termocoppia ti dice solo la temperatura nel punto particolare in cui si trova. Se lo strumento presenta differenze di temperatura, la temperatura misurata potrebbe non essere la stessa di altri luoghi. Ciò significa che nelle apparecchiature di grandi dimensioni con più di un riscaldatore, il controller rileva la temperatura in base alla posizione dei sensori rispetto ai riscaldatori. Un sensore vicino a un riscaldatore leggerà una temperatura più alta di uno lontano. Entrambe le letture sono valide per dove si trovano, ma nessuna delle due mostra l'intero strumento.

La scelta dei sensori influisce sulla tecnica di controllo. Il controllo On-off accende o spegne completamente il riscaldatore a seconda che la temperatura registrata sia inferiore o superiore al setpoint. Questo semplice metodo funziona per utensili con molta massa termica, ma provoca il cambiamento di temperatura negli utensili più piccoli. Il controllo proporzionale modifica la potenza del riscaldatore in base alla distanza della temperatura misurata dal setpoint. Questo riduce le oscillazioni. Il controllo PID utilizza termini proporzionali, integrali e derivativi per mantenere stabile la temperatura e prevedere quando cambierà. Per funzionare bene, i sistemi di controllo più avanzati necessitano di misurazioni della temperatura precise e rapide.

Poiché il riscaldatore a cartuccia quadrata da 6x6 mm è così piccolo, è molto importante scegliere e impostare correttamente i sensori. Non c'è molta massa termica per uniformare i cambiamenti di temperatura, quindi il sistema di controllo deve essere in grado di rispondere rapidamente ad essi. Dato che non c'è molto spazio per i sensori, ogni millimetro di posizione del sensore è importante. Effettuare le scelte appropriate trasforma il controllo della temperatura da causa di variazione del processo in un modo affidabile per mantenere la stessa qualità durante ogni ciclo di produzione.